實驗名稱：管道內檢測智能球旋轉能量(liang)收集(ji)

　　研究方向：管道檢測

　　測試目的：

　　以管(guan)道內檢測(ce)智(zhi)能球(qiu)(qiu)的(de)運(yun)動特(te)(te)性(xing)分析(xi)為基礎，提出適用于智(zhi)能球(qiu)(qiu)的(de)旋轉壓(ya)電能量收集結構，建立機電耦合模型，分析(xi)集能器響應特(te)(te)性(xing)，明確智(zhi)能球(qiu)(qiu)自供能集能器設計的(de)關鍵技術點(dian)。

　　測試設備：ATA-3080功率放大(da)器(qi)、信(xin)號發(fa)生器(qi)、電磁激(ji)振(zhen)器(qi)、加速度傳(chuan)感器(qi)、示(shi)波器(qi)等。

　　圖：單軸振動實驗(yan)平臺

　　實驗過程：

　　旋轉(zhuan)實驗平臺如下圖(tu)所示，旋轉(zhuan)運動(dong)由電(dian)機產生，控制器用于(yu)調節速度(du)，電(dian)機通(tong)過(guo)軸連接(jie)(jie)到亞(ya)克力材質轉(zhuan)盤(pan)，壓電(dian)集能器輸(shu)出(chu)端通(tong)過(guo)滑環連接(jie)(jie)到示波器或采集卡(ka)。

　　圖：旋轉實(shi)驗平臺示意圖

　　實驗中(zhong)，壓(ya)(ya)電集能器(qi)由商用(yong)的壓(ya)(ya)電纖維復合(he)(he)材(cai)(cai)料與(yu)6061T鋁合(he)(he)金構成(cheng)，壓(ya)(ya)電材(cai)(cai)料尺(chi)寸(cun)101×20×0.21mm，懸臂梁尺(chi)寸(cun)101×20×0.33mm，質量塊(kuai)10g，負(fu)載電阻1MΩ。壓(ya)(ya)電材(cai)(cai)料使用(yong)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)粘(zhan)合(he)(he)劑與(yu)懸臂梁基底(di)粘(zhan)合(he)(he)，MFC的電極直(zhi)接連接到負(fu)載電阻兩端。振(zhen)動及旋轉激勵下的集能器(qi)穩態時域響(xiang)應如下圖(tu)所示，分別選擇共振(zhen)頻率12.3Hz、8.7Hz的1s數(shu)據。

　　圖(tu)：振動與旋(xuan)轉激勵下的集能器時域響應(ying)

　　實驗結果：

　　振動與旋轉集(ji)能器(qi)響應均(jun)呈現(xian)了近似正弦特性，其中旋轉集(ji)能器(qi)由(you)于基座重量導致旋轉存在一定不(bu)均(jun)勻(yun)性，不(bu)同頻率激勵下(xia)的穩(wen)態輸出電壓有效(xiao)值如下(xia)圖所示。

圖：振動與旋(xuan)轉激勵下的(de)集能器(qi)頻率(lv)響應統(tong)計

　　在振(zhen)動(dong)與(yu)旋轉激勵(li)實驗條件下，同參數集(ji)(ji)(ji)能(neng)器(qi)分別(bie)(bie)在12.3與(yu)8.7Hz達到共(gong)振(zhen)狀態，仿(fang)真(zhen)中分別(bie)(bie)在12.29Hz與(yu)8.70Hz取(qu)得峰值，旋轉集(ji)(ji)(ji)能(neng)器(qi)的共(gong)振(zhen)頻率更(geng)低，振(zhen)動(dong)集(ji)(ji)(ji)能(neng)器(qi)共(gong)振(zhen)頻率近似(si)為旋轉集(ji)(ji)(ji)能(neng)器(qi)的√2倍。

　　旋轉(zhuan)與振動集(ji)能器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)響應峰(feng)值(zhi)(zhi)電(dian)壓分(fen)(fen)別(bie)為(wei)(wei)35.04V與25.64V，對應的(de)(de)峰(feng)值(zhi)(zhi)功率為(wei)(wei)1.23mW與0.66mW，仿(fang)真(zhen)中的(de)(de)峰(feng)值(zhi)(zhi)電(dian)壓分(fen)(fen)別(bie)為(wei)(wei)37.89V與27.27V，比(bi)值(zhi)(zhi)分(fen)(fen)別(bie)約為(wei)(wei)實(shi)驗1.367、仿(fang)真(zhen)1.389，由于實(shi)驗并(bing)非理(li)想(xiang)開路狀態，開路狀態下(xia)振動集(ji)能器(qi)(qi)(qi)幅(fu)值(zhi)(zhi)未達到旋轉(zhuan)集(ji)能器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)√2倍。然而，旋轉(zhuan)集(ji)能器(qi)(qi)(qi)具有更(geng)窄帶(dai)寬，振動集(ji)能器(qi)(qi)(qi)6dB帶(dai)寬(功率下(xia)降為(wei)(wei)25%，電(dian)壓下(xia)降為(wei)(wei)50%)為(wei)(wei)1.2Hz，旋轉(zhuan)集(ji)能器(qi)(qi)(qi)6dB帶(dai)寬0.6Hz，下(xia)降一倍，旋轉(zhuan)集(ji)能器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)寬頻(pin)帶(dai)實(shi)現更(geng)為(wei)(wei)困難(nan)。

　　安泰ATA-3080功率放大器：

　　圖：ATA-3080功率放大器指標參數

　　本文(wen)實驗素材由(you)西(xi)安(an)安(an)泰電子整(zheng)理發布。Aigtek已(yi)經(jing)成為(wei)在業(ye)(ye)界擁有廣泛產(chan)品線，且具有相當規(gui)模的儀(yi)器(qi)設(she)備供應商，樣(yang)機都支持(chi)免費(fei)(fei)試(shi)用。西(xi)安(an)安(an)泰電子是專業(ye)(ye)從事功(gong)率放(fang)大器(qi)、高(gao)壓放(fang)大器(qi)、功(gong)率信號(hao)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、前置微(wei)小(xiao)信號(hao)放(fang)大器(qi)、高(gao)精度電壓源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、高(gao)精度電流源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)等電子測量(liang)儀(yi)器(qi)研發、生產(chan)和銷售的高(gao)科技企(qi)業(ye)(ye)。公司致(zhi)力于功(gong)率放(fang)大器(qi)、功(gong)率信號(hao)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、計量(liang)校準源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)等產(chan)品為(wei)核心(xin)的相關行業(ye)(ye)測試(shi)解(jie)決方(fang)案(an)的研究(jiu)，為(wei)用戶提供具有競爭力的測試(shi)方(fang)案(an)，Aigtek已(yi)經(jing)成為(wei)在業(ye)(ye)界擁有廣泛產(chan)品線，且具有相當規(gui)模的儀(yi)器(qi)設(she)備供應商，樣(yang)機都支持(chi)免費(fei)(fei)試(shi)用。如想了解(jie)更多(duo)功(gong)率放(fang)大器(qi)等產(chan)品，請持(chi)續關注(zhu)安(an)泰電子官網hkdyw.cn或撥打029-88865020。

　　本文實驗案例(li)參考自知網論文《管道內檢測智能球自供能能量收集關鍵技術研(yan)究》